¿Las mutaciones son aleatorias o la cantidad, dirección y tipo de cambio son mejores que las aleatorias para la supervivencia y la aptitud reproductiva? ¿Y la evolución misma ha evolucionado para mejorar la mutación?

Las mutaciones son aleatorias, pero no todos los sitios tienen tantas probabilidades de mutar como otros. El ejemplo más claro son los microsatélites, cadenas de patrones repetitivos de tres nucleótidos (las “letras” del genoma), por ejemplo, AGCAGCAGCAGCAGC. Debido a la forma en que funciona la duplicación, es muy probable que se agreguen repeticiones adicionales (hasta una cierta longitud), y perder repeticiones tampoco es muy raro.

Algunos tipos de mutaciones también son más comunes. Las transiciones (A↔G o C↔T) son más comunes que las transversiones (A↔C, A↔T, C↔G, G↔T) a pesar del mayor número de transversiones posibles debido a la química de los nucleótidos.

Finalmente, hay buena evidencia de “puntos calientes” mutacionales. Por ejemplo:

  • ¿Son las mutaciones verdaderamente aleatorias?
  • La evidencia de tasas de mutación no aleatorias sugiere una estrategia evolutiva de gestión de riesgos (paywall)
  • Mutación no aleatoria: la evolución de la hipermutación e hipomutación dirigida (paywall)

Tu segunda pregunta es interesante. Los organismos realmente han evolucionado para evolucionar menos . La mutación es generalmente mala para un organismo; La mayoría de las mutaciones son neutrales, algunas son perjudiciales y algunas son beneficiosas. Debido a esto, hemos desarrollado una amplia gama de enzimas y procesos que existen solo para evitar que nuestro genoma cambie demasiado.

Sin embargo, hay una excepción interesante. El estrés aumenta mucho las tasas de mutación, y esto parece ser una adaptación. Las mutaciones aún son aleatorias, pero básicamente el organismo está lanzando un montón de Avemarías y esperando que se pegue. Ver:
Mutagénesis inducida por estrés en bacterias
¿Evoluciona la evolución bajo presión? El | CABLEADO

La mutación aleatoria es un método lento para producir más variación genética, pero no es la forma principal en que las especies se adaptan rápidamente. El intercambio de genes es. Un método para intercambiar genes es la reproducción sexual, que crea descendencia con una permutación diferente de los genes presentes en los padres. No necesita ninguna mutación para que algunas de esas combinaciones sean “más adecuadas” que otras y para que el entorno hostil destruya selectivamente las más débiles. Si el ambiente es lo suficientemente duro, solo las mejores combinaciones sobrevivirán para definir la nueva normalidad de la especie. Luego, cuando la especie sobrevive y prospera, puede expandirse y la mutación puede introducir lentamente más variedad genética.

Google: equilibrio puntuado

El usuario de Quora tiene un buen resumen.
La evolución no es una cosa. Es una descripción humana de un concepto humano tratar de organizar lo que hace el mundo natural. El mundo natural no tiene una mente y, por lo tanto, no tiene una meta. Su pregunta es como decir que Brownian Motion “quiere” extender las moléculas.

La evolución implica probar TODO, y algo de eso sobrevive. Se pueden crear sistemas notablemente complicados a partir del ensamblaje aleatorio de cosas y la destrucción de lo que no funciona. Si arrojas al azar átomos de metal en miles de millones de experimentos durante miles de millones de años, y los supervivientes aprendieron desde el principio a organizarse y copiarse, eventualmente obtendrías un reloj. (Pero aún así no sabría que está manteniendo el tiempo).

MEJOR EN MUTAR
Como varios señalaron, la mutación generalmente es mala para el organismo, pero ocasionalmente es buena para la especie. Es decir, cuando un gen muta, a veces lleva a todos los demás genes a una nueva especie. Pero “mejor para mutar” no sería solo Más Mutación, eso generalmente llevaría a Más Muerte. Idealmente, “mejor para mutar” sería mutar solo en formas y lugares que fueron útiles, y eso NO sucede. Si hubiera una parte particular de un genoma, o mecanismo dentro de un genoma, cuya mutación fuera más ventajosa que las mutaciones en general, entonces la vida habría seleccionado alguna proteína que contuviera o fomentara las mutaciones de esa manera.

SISTEMA DE REPARACIÓN SOS
Quiero mencionar otra vía: el control sobre la reparación de ADN. La vida ha desarrollado muchos sistemas de reparación de ADN, para reducir / eliminar mutaciones. Mi favorito es el sistema de reparación bacteriano (por ejemplo, E. coli) SOS . Es un enfoque de “Hail Mary” para la replicación. Cuando se detectan problemas graves / frecuentes en la replicación del ADN (huecos y desajustes de pares de bases), se induce la expresión en aproximadamente 20 genes que omiten los sistemas de verificación de lesiones y permiten la replicación del ADN sin verificación. La síntesis de ADN crea errores que no se corrigen, en un intento desesperado de volver a mutar a un genoma sobreviviente.

Por supuesto, “desesperado” no es un sentimiento que tienen las bacterias o su ADN, es solo otra descripción antropomórfica que usamos al tratar de explicarlo. Pero ciertamente es un último intento de sobrevivir.

Como muchos otros, comenzaré diciendo que la evolución es un proceso, no evoluciona. Ese proceso consta de dos componentes principales: medio ambiente y mutaciones. El usuario de Quora ha resumido un buen conjunto de razones. Pero agregaré dos puntos que pueden parecer que la evolución es menos que aleatoria y analizaré por qué es totalmente aleatoria.

Superficie de acción química versus reactivos disponibles debido al flujo
Trabajé mucho en esto en bioinformática analizando los genomas de los pacientes con cáncer. El cáncer es simplemente una mutación localizada que causa un problema con la replicación celular o la expresión génica. El primero hace que la célula se replique rápidamente sin control, causando un crecimiento anormal. El segundo, que casi siempre forma parte del primero, es la expresión excesiva o insuficiente de cierto gen que causa la muerte celular o conduce a un crecimiento celular descontrolado.

Recuerde que todas las células tienen una copia de todos los genes, pero los genes se expresan de manera diferente en diferentes tipos de células. Un estudio que estábamos haciendo mostró un punto de datos significativo en genes que se encontraban en una región que se expresó para un tipo de célula dado y tiene menos errores. Esto no significa que la mutación no ocurriera, pero descubrimos que nuestros mecanismos de reparación celular estaban “enfocados” en las áreas que se usaban. Esto nos pareció bastante interesante. Parecía extraño y decidimos determinar por qué.

Como resultado, y esta no es una investigación definitiva de ninguna manera y solo ha sido “probada” por simulación química por un grupo de computadoras, esas regiones activas crearon un ambiente intercelular que era propenso a repetirse. Lo que esto significa es que una región que está creando activamente proteínas (expresión génica) tiene más atracción debido a la actividad química, ya que hay más flujo de moléculas. Esto brinda una mayor posibilidad de reparación o reparación del ADN en la replicación. Los bioquímicos por ahí simplemente se pusieron “bien duh” porque este es un principio básico pero aún tiene que ser probado. Se me ocurrió una analogía de fábrica llamada la fábrica de gelatina de limón y uva.

Fábrica de gelatina de limón y uva
Supongamos que hay una fábrica que puede hacer limonada, jugo de uva o mermelada de uva. A diferencia de las fábricas reales, aunque no hay entrega de productos, solo un gran contenedor en la parte posterior que contiene materiales y van y encuentran lo que tienen en el contenedor para decidir qué hacer, pero este contenedor generalmente tiene todo, excepto algunas escaseces aquí y allí. Sus productos terminados no se recogen para su entrega, pero los clientes llegan directamente a la fábrica con un producto específico en mente, si no está allí, se van sin nada; la única forma de cambiar lo que obtienen es que el cliente cambie de opinión. Los productos terminados salen de la línea de fábrica y simplemente caen al suelo en una pila que es expulsada lentamente de la fábrica por más producto, cuando esta pila se vuelve demasiado pesada, la línea se detiene. La fábrica tiene cinco líneas de producción: 1 y 2 manejan limones, 3 y 4 que manejan uvas, y la línea 5 que produce gelatina a partir de jugo de uva. Si el contenedor de entrada tiene limones, los trabajadores recogen los limones y los llevan a las dos líneas que hacen la limonada. Lo mismo ocurre con la línea de uva, pero la línea de gelatina de uva puede hacer gelatina de uva a partir del jugo de uva si los clientes no recogen suficiente. Ahora imagine que hay muchos limones. La salida de las líneas 1 y 2 produce limonada, pero si los clientes no quieren limonada, esas líneas estarán tan obstruidas que las líneas se detendrán. Lo mismo para el jugo de uva, pero la última línea convierte el jugo de uva en gelatina limpiando el final de la línea manteniendo las líneas de uva funcionando más que las líneas de limón.

Los clientes generalmente prefieren el jugo de uva y la gelatina de uva porque tiene un mayor contenido de azúcar. Ahora las máquinas de limón están ocupadas trabajando porque hay limones para la entrada, pero no producen nada muchas veces porque el final de la línea está obstruido. Sin embargo, esas máquinas comienzan a desgastarse (mutaciones) y la limonada se vuelve más concentrada o más débil, pero a nadie le importa porque de todos modos hay mucho producto terminado. Mientras tanto, tan pronto como algo sale mal con las líneas de uva, se arregla inmediatamente porque el jugo de uva y la gelatina de uva son productos populares. Eventualmente, esas máquinas de limón se repararán, pero no hasta que el producto dañado llegue a los clientes. Las líneas de uva representan un gen que se expresa mientras que las líneas de limón no lo son. Por supuesto, la biología es mucho más complicada.

Mutación
Eso me lleva al punto dos que nadie ha tocado realmente todavía. El entorno determina qué mutaciones son buenas, pero esas mutaciones, a su vez, cambian el entorno. Esto es clave para la creencia de que la evolución “evoluciona”. No es un proceso. Volviendo a la analogía de la fábrica LGJ, supongamos que la fábrica tiene un desastre y la limonada se lleva a la línea de gelatina y esa línea se cambia para aceptar solo limonada. Ahora tenemos gelatina de limonada y no la quiere. Yuck, gelatina de limonada. Pero los chicos de nivel C quieren otra fábrica, por lo que dividieron esta fábrica a la mitad llevando las líneas 1-3 a una nueva fábrica donde instalan otras 2 líneas como las líneas 4-5 (la segunda línea de uva y la línea de gelatina). La otra fábrica obtiene las nuevas líneas 1-3 igual que antes, pero la línea 5 ahora solo produce gelatina de limonada. Nadie quiere gelatina de limonada, por lo que la segunda fábrica pronto está llena de productos y dado que la línea de gelatina solo toma limonada, las líneas de uva también se obstruyen. La fábrica no gana suficiente dinero y está cerrada. Este es un ejemplo de una mala mutación.

Replicación
Ahora, el latón nuevamente decide que quieren una segunda fábrica, por lo que copian la fábrica en funcionamiento, pero al hacerlo se equivocan e introducen la levadura en la línea de jugo de uva. Ahora hace vino. Y el vino no es sorprendente, muy popular y solo proviene de esta única fábrica. Esto representa una mutación que es “buena” para el medio ambiente. El problema es que el vino es tan popular que hay clientes en fila esperando por el vino. La línea 5 no tiene valor, solo puede producir gelatina si tiene jugo de uva y no hay jugo de uva, por lo que esa línea se cierra. Se construye una copia de esta fábrica y ahora se duplica la producción de vino, pero todavía hay más demanda, por lo que se hacen dos copias más. Ahora hay una fábrica que produce limonada, jugo de uva y mermelada de uva y cuatro fábricas que producen limonada y vino. Pero a nadie le gusta mucho la limonada, a excepción de ciertas reservas que simplemente no les gustan las uvas, por lo que todos beben vino. Solo una fábrica está produciendo jugo de uva que obliga a los bebedores de jugo de uva a cambiar a vino porque todavía odian la limonada y el vino es más fácil de conseguir. Hay muchos bebedores de vino. Sin embargo, el vino tiene un problema.

Mutación + Replicación = Entorno modificado
El vino contiene alcohol y los clientes ahora están siempre en un estado de embriaguez constante y ya no pueden encontrar el camino a la fábrica. Todo el entorno ha cambiado ahora porque antes de esa nueva fábrica no había embriaguez y ahora la mayoría de la población siempre camina borracha hasta que se recuperan lo suficiente como para ir a buscar más vino. Por supuesto, no hacen tanto y no son tan funcionales, pero no importa que las fábricas sigan haciendo vino. Sin embargo, aquellos que se limitan a la limonada siguen existiendo. Los bebedores de vino mueren por conducir a la fábrica en estado de ebriedad y, aunque están atropellando los sorbos de limonada, los bebedores de vino mueren más rápido. Pronto, el número de bebedores de vino se redujo y debido a que la mayoría de los bebedores de jugo de uva cambiaron de vino, también lo hizo el número de bebedores de jugo de uva.

Entorno modificado = nueva selección
Con el tiempo, la población es en gran medida bebedores de limonada, el número de fábricas de vino se reduce, pero el jugo de uva se ha ido para siempre porque los bebedores de exprimidor se han ido para siempre. Ahora la limonada es la bebida preferida y las nuevas fábricas solo hacen que convertir todas las uvas en mermelada.

Esto muestra que la evolución es el agente responsable del cambio en los organismos a través de la selección natural. Pero también muestra que puede cambiar el entorno, lo que a su vez cambia la selección natural para el nuevo entorno. Esto ha sucedido muchas veces en la historia de la Tierra, la más grande es la oxigenación de la atmósfera de la Tierra. Comenzó con la fotosíntesis que utilizaba el dióxido de carbono que abunda en la atmósfera primitiva para producir energía a partir de la luz solar y liberar oxígeno libre al aire. Pero el oxígeno es altamente reactivo y venenoso para la mayoría de la vida hasta que las bacterias mutan para resistir el oxígeno y, de hecho, lo usan para producir aún más energía. Esto nunca termina, continúa: espere hasta que una fábrica obtenga levadura en las líneas de limón y produzca limonada dura.

Gracias por el A2A.

La evolución en sí misma no es una entidad, es solo un proceso. Las mutaciones son simplemente cambios en la secuencia de ADN de un organismo, que podría ser solo un aminoácido o un par cambiado un poco. Es completamente aleatorio debido a cómo funcionan las células, no se supone que ocurran mutaciones, y muchas de ellas se corrigen si lo hacen.

La evolución no ha cambiado en absoluto. La velocidad a la que ocurren las mutaciones podría cambiar, pero generalmente es muy baja. Las mutaciones son “vistas como malas” desde la “perspectiva” de la celda, por lo que las tasas siempre se mantendrán al mínimo.

Gracias por el A2A.

No hay forma de que un proceso sin sentido como la evolución pueda saber que una mutación particular conduciría a una mayor fuerza o un instinto innato útil. Solo probando la mutación puede la selección natural ‘elegir’ si fue buena o no.

Entonces, sí, las mutaciones en sí mismas son totalmente aleatorias, y es la selección por el entorno la parte no aleatoria del mismo. Es el entorno el que decide qué genotipos son lo suficientemente aptos para reproducirse, junto con sus mutaciones que se consideraron beneficiosas.

Sin embargo, como han dicho otros, existen muchos mecanismos para controlar la tasa de mutaciones aleatorias. Demasiados y nunca habría una descendencia viable. Demasiado pocos y las especies desaparecerían debido a la incapacidad de adaptarse a cosas como el cambio climático, la escasez de fuentes de alimentos y la coevolución con las especies competidoras.

Las mutaciones son aleatorias. Pero esto no es REALMENTE lo que estás preguntando.
El proceso de selección NO es aleatorio.
El proceso de selección también ha empujado a los sobrevivientes a especializarse cada vez más. Lee Stewart / Cohen si quieres ver cómo funciona. Las necesidades de un sistema.
Amazon.com: El colapso del caos: Descubriendo la simplicidad en un mundo complejo (9780670849833): Jack Cohen, Ian Stewart: Libros

Y de nuevo: ¡la evolución no es una cosa! No puede mejorar. Toda tu oración no tiene ningún sentido o significado.

Es posible que desee comprender primero el significado de la palabra aleatorio.

“Sin un orden numérico establecido”. Esto difiere del azar, ya que la posibilidad de que algo suceda se compara con la posibilidad de que no suceda y con diferentes niveles de probabilidad.
Las mutaciones sucederán solo al copiar errores, simplemente no suceden en ningún orden numérico establecido. No se puede obtener “mejor que al azar” aquí, aunque existen teorías mutacionales de la evolución que han avanzado y retrocedido a lo largo de los años.

Simposio: Teoría neutral de la evolución molecular

Un pequeño fragmento de trabajo reciente.

1. Sí, la mutación es aleatoria
2. Cuando dices “cantidad”, supongo que te refieres a la cantidad de alelos que mutan a la vez. En ese caso, sí, eso es al azar. La dirección y el tipo son aleatorios; sin embargo, las mutaciones expresadas que aumentan la aptitud física tienden a transmitirse.
3. No sé lo que realmente estás preguntando en tu última pregunta, pero trataré de responder. La evolución, el concepto, ha cambiado en su definición desde que se teorizó por primera vez. La mutación es aleatoria y no tiene un objetivo, por lo que no creo que pueda mejorar siendo aleatorio.

Espero que esto ayude

Tenga cuidado de no intentar que la aleatoriedad sea “inteligente”. Esta es una falacia común que hace que la evolución sea más difícil de aceptar mentalmente. La selección es lo que es “inteligente”, la aleatoriedad solo proporciona nuevas entradas.

Diría que es mayormente aleatorio, según tengo entendido.

Sin embargo, su segunda pregunta es interesante. Creo que podría ser razonable decir que “la evolución ha evolucionado” (aunque a muchos no les gustaría esa redacción, pero lo entiendo) en el sentido de que la reproducción sexual, el hecho de que tenemos dos copias de cada gen, y la forma en que funcionan los rasgos dominantes y recesivos puede describirse como mejoras en el proceso evolutivo. Sin embargo, todavía funciona a nivel de genes, individuos y especies, no es que “toda la evolución” esté evolucionando como una entidad única.

En la investigación científica, la aleatoriedad no es una cosa ; Es una forma de pensar sobre las fuerzas agregadas que son desconocidas o no se miden específicamente. Es un modelo de lo que no sabemos, y no debe ser tratado como un objeto en sí mismo que sabemos.

No sabemos por qué un lanzamiento de moneda en particular sale cara o cruz, solo sabemos que todas las fuerzas físicas que se aplican en un lanzamiento de moneda se equilibran para que una moneda tenga un 50% de posibilidades de cada una. En el mismo sentido, no sabemos por qué ocurren mutaciones aleatorias dadas, o por qué algunas mutaciones se expresan y otras no en ningún caso dado; solo sabemos que ocurren y se expresan a tasas más o menos predecibles. Esos sucesos permiten el proceso de selección natural, sí, pero hacer presunciones más allá de eso va más allá de lo que la ciencia puede afirmar válidamente.